球团竖炉耐火衬砖的损毁与选择
2003-08-07 00:00 来源： 我的钢铁 作者：mysteel
摘要：简要介绍了国内竖炉球团的生产情况；分析了球团竖炉耐火砖损毁的机理，以及生产工艺、设备状况对耐火砖寿命的影响；提出了球团竖炉各带及燃烧室不同部件耐火衬砖和导风墙砖的选择原则。
关键词：球团竖炉 耐火砖 损毁机理 耐火材料选择
1、前言
近年来，在炼铁精料要求的推动下，我国球团生产有限长足的发展。目前，国内球团矿生产共有三种工艺：竖炉、带式焙烧机、链篦机-回转窑。其中，竖炉工艺在中小钢铁企业发展最快。到目前为止，全国共有竖炉58座，年生产能力2000万t，占球团总产量的80%。在实际生产中，竖炉寿命主要取决于其耐火砖的使用周期。所以，分析研究球团竖炉耐火衬砖的损毁机理，根据竖炉生产特点，本着经济、实用、匹配的原则，合理选择竖炉各部件的耐火砖材质，提高球团矿产质量，而且可以延长竖炉炉龄，降低生产成本。
2、球团竖炉耐火砖的使用情况
国内的竖炉球团生产已有30多年的历史，炉型已较成熟，其耐火衬砖主要包括三个部分：炉体、燃烧室、导风墙。早期的竖炉耐火衬砖主要为粘土砖，衬砖寿命只有4-5年；近十年来新建的竖炉多采用高铝砖，衬砖寿命可达7-8年；另外，也有的竖炉在不同部位分别采用粘土砖或高铝砖其衬砖寿命一般能达6-7年。
对于那些生球质量好、炉型先进合理，且外部供热供风正常的竖炉而言，烘床上的烘干速度快、粉末少，炉内透气性好，生产热效率高，生产出来的球团矿强度好、粉末少，其耐火衬砖的使用周期相对较长，生产成本较低。
对同一座竖炉来说，裤衬的上部、下部，及燃烧室衬砖的损毁较慢，而焙烧带耐火衬砖的使用寿命决定了竖炉的寿命。另外，导风墙使用寿命也较短，最长的为2年，短的仅半年左右。在一代炉龄内，可能更换几次导风墙。尽管竖炉耐火衬砖的寿命不受导风墙的使用寿命的制约，但每次更换导风墙，需将衬砖由1000℃的高温降至100℃左右，其温差变化还是会对炉体衬砖寿命带来很大的影响。
3、竖炉各部位耐火衬砖的损毁与选择
3.1炉体各带衬砖
3.1.1预热带衬砖
竖炉的预热带上部温度较低，该部位衬砖受化学侵蚀作用较轻，中下部温度上升到800℃以上，衬砖的化学侵蚀较严重。
在预热带，主要发生结晶水、化合水、结构水的分解与排除；铁氧化物的氧化和结晶；碳酸盐的分解；铁酸盐和硅酸盐的生成等化学反应。该带衬砖不仅受化学侵蚀，还受到干燥生生球的冲击和磨擦，以及上升热废气中的粉尘、生球中的水分、碳酸盐中的CO2等挥发物的持续冲刷。另外，预热带又是一个60°-70°左右的斜面。如果该斜面是用斜面砖砌筑的，其抗冲刷性能还比较好；若是采用带突台的斜面或是用浇注料抹成的斜面，则抗冲刷性能较差。
综上所述，选择预热带耐火衬砖既要考虑其耐磨性好、气孔率低、致密，又要具有一定的抗化学侵蚀性。一般新建竖炉多选用高铝砖，也有少部分选用致密粘土砖。
3.1.2焙烧带衬砖
在焙烧带，球团最高温度达到1250℃左右。在高温氧化气氛中，主要发生Fe2O3的结晶和再结晶、Fe3O4的再结晶、固相固结反应以及铁氧化物同CaO、SiO2反应生成各种低熔点化合物等。
高温下，碳酸盐分解的CaO会沿耐火衬砖表面的气孔浸入到砖内，生成低熔点盐类，侵蚀和软化衬砖工作面，并不断向砖内渗透，扩散；同时，衬砖受热应力作用以及高温下衬砖内部的重结晶和体积膨胀，也会使工作面产生龟裂，造成结构疏松。当衬砖外表面受到球团下移时磨擦及上升气流的冲刷时，疏松的表层便逐渐脱落。
另外，由于生球质量差，透气性不好，可能导致炉况不顺，造成局部不能正常下料，特别是在焙烧带，易生成大量低熔点化合物。这些化合物与周围的碎料易结瘤成团，尤其易粘结在炉壁处的衬砖表面，当瘤团受冲刷脱落时，会连带损伤衬砖表层，这也是衬砖损毁的原因之一。
综上所述，选择焙烧带工作面衬砖时，主要应考虑其抗化学侵蚀性能及其机械应力和热崩脆性，要求衬砖的抗化学侵蚀能力强，结构致密。国内新建竖炉多选用高铝砖。
3.1.3均热带衬砖
均热带的作用是使球团充分固结，球团内铁氧化物再结晶，并使晶体进一步长大，球团进一步收缩和致密，使其质量均匀化，故该带温度自上面下逐渐降低。
均热带通过的气流较少，所以受化学侵蚀和气流的冲刷较小。通常，在一代炉龄期间，该带的衬砖工作面侵蚀、脱落量较小，选用致密粘土砖即可满足生产要求。
3.1.4冷却带衬砖
竖炉冷却带温度较低，该部件衬砖受化学侵蚀较轻，但受高压高机鼓入泠空气的作用，高温坏团与冷空气发生剧烈热变换，经热交换后的废气大部分上行，通过导风墙进入烘干床，而少部分下行。在上行与下行的过程中，耐火砖受大风量的持续冲刷；另外，还要承受上部衬砖的载荷。因此，冷却带衬砖多选用高强度的致密粘土砖（气孔率小于18%，常温抗压强度大于29.4MPa），也可选用高铝砖。
3.2燃烧室、分配室衬砖
由烧嘴喷出的高压煤气和助燃风点燃后，在燃烧室内充分燃烧，高温废气再通过分配室、火道口喷入炉内。燃烧室、分配室的最高温度只有1150℃，高温蠕变较轻，基本不受化学侵蚀和粉尘磨损，气流冲刷作用也不大。因此，其衬砖多选用粘土砖；而烧嘴砖和火道砖受气流冲刷较强，多选用高铝砖。
3.3导风墙砖
竖炉导风墙外部温度高，从上到下是焙烧带和均热带，其高温需变较大；而其内部通道温度较低，但受大风量气流持续冲刷和粉尘磨损；另外，由于大水梁钢管变形、中间筋板磨损等，可能引起导风墙砖脱落、位移，终致倒塌。因此，要提高导风墙寿命，必须提高其整体性、稳定性、耐冲刷性，以及大水梁的抗变形能力。国内大水梁、导风墙寿命较长的当属南钢竖炉。其导风墙寿命达到了2年，选用的材料是二级高铝异型砖，砖型为大块“工”字，“回”字型，砖的四周能相互咬合，并在制砖材料中添加了一定比例的稳定剂，以提高砖的抗剥落、耐磨及膨胀性能。国内还有使用大块异型粘土的，最长寿命也能达到15个月。总之，大水梁的寿命最好能与导风墙寿命相匹配，其整体寿命越长越好，越经济越好。
4、影响竖炉耐火衬砖寿命的其它因素
4.1喷耐火涂料的影响
国内大多数竖炉在炉皮内侧作喷涂处理。凡未喷涂耐火涂料或喷涂厚度不够者，其炉皮在高温持续作用下很容易变形，最终导致炉内衬砖缝松动，引起漏风或炉皮烧穿，进而大大缩短炉内衬砖寿命。
4.2衬砖砌筑质量的影响
竖炉耐火材料的使用寿命与其砌筑施工质量有很大的关系，正常施工要求砌筑砖缝小于2mm，且砖缝泥浆饱满，层与层之间上下错缝砌筑，整个炉衬应是一个保温、密封的墙体。若施工不当，生产以后会出现炉衬局部快速毁损，影响其整体寿命。
4.3原料、工艺及设备状况的影响
球团生产的原料、工艺及设备状况不仅影响球团矿产质量，也影响炉内的热工分布和炉衬寿命。若精矿粒度粗、水分高，从球盘出来的生球质量差、粉末多，入炉后会引起炉况不顺，下料不正常，造成局部温度偏高，引起结瘤，使该部位衬砖的工作环境更加恶化，损毁加快；若烘干床角度过大或床篦透风能力差，则可能出现烘床上料层过厚，烘干速度慢，生球超载，甚至在烘干床上结块，引起炉况不顺而影响衬砖。
5、结语
竖炉球团生产中，预热带下部、焙烧带及冷却带炉衬的损毁最为严重，主要表现为机械冲刷和衬砖表面的化学侵蚀。而且，有无耐火喷涂层、炉衬的砌筑施工质量、以及生产原料、工艺和设备状况都对砖衬寿命有一定影响。
合理选择和使用竖炉耐火衬砖，不但有助于竖炉生产的热工平衡，而且能够降低生产成本。目前，新建竖炉的焙烧带衬砖一般采用高铝砖；均热带、冷却带、燃烧室及导风墙砖多选用粘土砖或高铝砖。
注：本文作者 贺新亮 张文军 史爱民
参考文献
1 韩行禄，刘景林 耐火材料应用 北京：冶金工业出版社，1986
2 钱之荣，范广举 耐火材料实用手册 北京：冶金工业出版社，1996
3 傅菊英，朱德庆 铁矿氧化球团基本原理、工艺及设备 长沙：中南大学团矿研究所，2001
4 冶金工业部统编 铁矿球团生产 北京：冶金工业出版社，1985
5 唐方祥 南钢球团竖炉导风墙的设计 烧结球团，1999，24（2）：24-25
关键词：球团竖炉 耐火砖 损毁机理 耐火材料选择
1、前言
近年来，在炼铁精料要求的推动下，我国球团生产有限长足的发展。目前，国内球团矿生产共有三种工艺：竖炉、带式焙烧机、链篦机-回转窑。其中，竖炉工艺在中小钢铁企业发展最快。到目前为止，全国共有竖炉58座，年生产能力2000万t，占球团总产量的80%。在实际生产中，竖炉寿命主要取决于其耐火砖的使用周期。所以，分析研究球团竖炉耐火衬砖的损毁机理，根据竖炉生产特点，本着经济、实用、匹配的原则，合理选择竖炉各部件的耐火砖材质，提高球团矿产质量，而且可以延长竖炉炉龄，降低生产成本。
2、球团竖炉耐火砖的使用情况
国内的竖炉球团生产已有30多年的历史，炉型已较成熟，其耐火衬砖主要包括三个部分：炉体、燃烧室、导风墙。早期的竖炉耐火衬砖主要为粘土砖，衬砖寿命只有4-5年；近十年来新建的竖炉多采用高铝砖，衬砖寿命可达7-8年；另外，也有的竖炉在不同部位分别采用粘土砖或高铝砖其衬砖寿命一般能达6-7年。
对于那些生球质量好、炉型先进合理，且外部供热供风正常的竖炉而言，烘床上的烘干速度快、粉末少，炉内透气性好，生产热效率高，生产出来的球团矿强度好、粉末少，其耐火衬砖的使用周期相对较长，生产成本较低。
对同一座竖炉来说，裤衬的上部、下部，及燃烧室衬砖的损毁较慢，而焙烧带耐火衬砖的使用寿命决定了竖炉的寿命。另外，导风墙使用寿命也较短，最长的为2年，短的仅半年左右。在一代炉龄内，可能更换几次导风墙。尽管竖炉耐火衬砖的寿命不受导风墙的使用寿命的制约，但每次更换导风墙，需将衬砖由1000℃的高温降至100℃左右，其温差变化还是会对炉体衬砖寿命带来很大的影响。
3、竖炉各部位耐火衬砖的损毁与选择
3.1炉体各带衬砖
3.1.1预热带衬砖
竖炉的预热带上部温度较低，该部位衬砖受化学侵蚀作用较轻，中下部温度上升到800℃以上，衬砖的化学侵蚀较严重。
在预热带，主要发生结晶水、化合水、结构水的分解与排除；铁氧化物的氧化和结晶；碳酸盐的分解；铁酸盐和硅酸盐的生成等化学反应。该带衬砖不仅受化学侵蚀，还受到干燥生生球的冲击和磨擦，以及上升热废气中的粉尘、生球中的水分、碳酸盐中的CO2等挥发物的持续冲刷。另外，预热带又是一个60°-70°左右的斜面。如果该斜面是用斜面砖砌筑的，其抗冲刷性能还比较好；若是采用带突台的斜面或是用浇注料抹成的斜面，则抗冲刷性能较差。
综上所述，选择预热带耐火衬砖既要考虑其耐磨性好、气孔率低、致密，又要具有一定的抗化学侵蚀性。一般新建竖炉多选用高铝砖，也有少部分选用致密粘土砖。
3.1.2焙烧带衬砖
在焙烧带，球团最高温度达到1250℃左右。在高温氧化气氛中，主要发生Fe2O3的结晶和再结晶、Fe3O4的再结晶、固相固结反应以及铁氧化物同CaO、SiO2反应生成各种低熔点化合物等。
高温下，碳酸盐分解的CaO会沿耐火衬砖表面的气孔浸入到砖内，生成低熔点盐类，侵蚀和软化衬砖工作面，并不断向砖内渗透，扩散；同时，衬砖受热应力作用以及高温下衬砖内部的重结晶和体积膨胀，也会使工作面产生龟裂，造成结构疏松。当衬砖外表面受到球团下移时磨擦及上升气流的冲刷时，疏松的表层便逐渐脱落。
另外，由于生球质量差，透气性不好，可能导致炉况不顺，造成局部不能正常下料，特别是在焙烧带，易生成大量低熔点化合物。这些化合物与周围的碎料易结瘤成团，尤其易粘结在炉壁处的衬砖表面，当瘤团受冲刷脱落时，会连带损伤衬砖表层，这也是衬砖损毁的原因之一。
综上所述，选择焙烧带工作面衬砖时，主要应考虑其抗化学侵蚀性能及其机械应力和热崩脆性，要求衬砖的抗化学侵蚀能力强，结构致密。国内新建竖炉多选用高铝砖。
3.1.3均热带衬砖
均热带的作用是使球团充分固结，球团内铁氧化物再结晶，并使晶体进一步长大，球团进一步收缩和致密，使其质量均匀化，故该带温度自上面下逐渐降低。
均热带通过的气流较少，所以受化学侵蚀和气流的冲刷较小。通常，在一代炉龄期间，该带的衬砖工作面侵蚀、脱落量较小，选用致密粘土砖即可满足生产要求。
3.1.4冷却带衬砖
竖炉冷却带温度较低，该部件衬砖受化学侵蚀较轻，但受高压高机鼓入泠空气的作用，高温坏团与冷空气发生剧烈热变换，经热交换后的废气大部分上行，通过导风墙进入烘干床，而少部分下行。在上行与下行的过程中，耐火砖受大风量的持续冲刷；另外，还要承受上部衬砖的载荷。因此，冷却带衬砖多选用高强度的致密粘土砖（气孔率小于18%，常温抗压强度大于29.4MPa），也可选用高铝砖。
3.2燃烧室、分配室衬砖
由烧嘴喷出的高压煤气和助燃风点燃后，在燃烧室内充分燃烧，高温废气再通过分配室、火道口喷入炉内。燃烧室、分配室的最高温度只有1150℃，高温蠕变较轻，基本不受化学侵蚀和粉尘磨损，气流冲刷作用也不大。因此，其衬砖多选用粘土砖；而烧嘴砖和火道砖受气流冲刷较强，多选用高铝砖。
3.3导风墙砖
竖炉导风墙外部温度高，从上到下是焙烧带和均热带，其高温需变较大；而其内部通道温度较低，但受大风量气流持续冲刷和粉尘磨损；另外，由于大水梁钢管变形、中间筋板磨损等，可能引起导风墙砖脱落、位移，终致倒塌。因此，要提高导风墙寿命，必须提高其整体性、稳定性、耐冲刷性，以及大水梁的抗变形能力。国内大水梁、导风墙寿命较长的当属南钢竖炉。其导风墙寿命达到了2年，选用的材料是二级高铝异型砖，砖型为大块“工”字，“回”字型，砖的四周能相互咬合，并在制砖材料中添加了一定比例的稳定剂，以提高砖的抗剥落、耐磨及膨胀性能。国内还有使用大块异型粘土的，最长寿命也能达到15个月。总之，大水梁的寿命最好能与导风墙寿命相匹配，其整体寿命越长越好，越经济越好。
4、影响竖炉耐火衬砖寿命的其它因素
4.1喷耐火涂料的影响
国内大多数竖炉在炉皮内侧作喷涂处理。凡未喷涂耐火涂料或喷涂厚度不够者，其炉皮在高温持续作用下很容易变形，最终导致炉内衬砖缝松动，引起漏风或炉皮烧穿，进而大大缩短炉内衬砖寿命。
4.2衬砖砌筑质量的影响
竖炉耐火材料的使用寿命与其砌筑施工质量有很大的关系，正常施工要求砌筑砖缝小于2mm，且砖缝泥浆饱满，层与层之间上下错缝砌筑，整个炉衬应是一个保温、密封的墙体。若施工不当，生产以后会出现炉衬局部快速毁损，影响其整体寿命。
4.3原料、工艺及设备状况的影响
球团生产的原料、工艺及设备状况不仅影响球团矿产质量，也影响炉内的热工分布和炉衬寿命。若精矿粒度粗、水分高，从球盘出来的生球质量差、粉末多，入炉后会引起炉况不顺，下料不正常，造成局部温度偏高，引起结瘤，使该部位衬砖的工作环境更加恶化，损毁加快；若烘干床角度过大或床篦透风能力差，则可能出现烘床上料层过厚，烘干速度慢，生球超载，甚至在烘干床上结块，引起炉况不顺而影响衬砖。
5、结语
竖炉球团生产中，预热带下部、焙烧带及冷却带炉衬的损毁最为严重，主要表现为机械冲刷和衬砖表面的化学侵蚀。而且，有无耐火喷涂层、炉衬的砌筑施工质量、以及生产原料、工艺和设备状况都对砖衬寿命有一定影响。
合理选择和使用竖炉耐火衬砖，不但有助于竖炉生产的热工平衡，而且能够降低生产成本。目前，新建竖炉的焙烧带衬砖一般采用高铝砖；均热带、冷却带、燃烧室及导风墙砖多选用粘土砖或高铝砖。
注：本文作者 贺新亮 张文军 史爱民
参考文献
1 韩行禄，刘景林 耐火材料应用 北京：冶金工业出版社，1986
2 钱之荣，范广举 耐火材料实用手册 北京：冶金工业出版社，1996
3 傅菊英，朱德庆 铁矿氧化球团基本原理、工艺及设备 长沙：中南大学团矿研究所，2001
4 冶金工业部统编 铁矿球团生产 北京：冶金工业出版社，1985
5 唐方祥 南钢球团竖炉导风墙的设计 烧结球团，1999，24（2）：24-25
